KR101924778B1 - 해양플랜트 - Google Patents

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KR101924778B1
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김영훈
박상민
남기일
장광필
김성택
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현대중공업 주식회사
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Abstract

탑사이드(Topside)의 설비가 간소화될 수 있는 해양플랜트가 개시된다.
개시되는 해양플랜트는 유정(油井)에 시추되어 원유가 추출되는 시추용 파이프; 해저에 배치되며, 상기 시추용 파이프의 출구에 연결된 파이프라인에 구비되어 상기 시추용 파이프에서 추출된 원유를 가열할 수 있는 가열장치; 및 해저에 배치되며, 상기 가열장치 후단의 파이프라인에 구비되고, 원유를 오일, 가스 및 물로 분리하는 상분리기;를 포함한다.
이러한 해양플랜트에 의하면, 상분리기를 통해 해저에서 원유의 오일, 가스 및 물을 1차적으로 분리할 수 있으므로, 탑사이드의 분리기 설비가 간소화된다는 효과를 얻을 수 있다.

Description

해양플랜트 {OFFSHORE PLANT}
본 발명은 해양플랜트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탑사이드(Topside)의 설비가 간소화될 수 있는 해양플랜트에 관한 것이다.
해양플랜트는 해저유정에서 생산되는 원유 및 천연가스와 같은 해저자원을 채취하는 시설을 의미한다.
도 1은 종래의 기술에 의한 해양플랜트의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 1을 보면, 종래의 기술에 의한 해양플랜트는 해저 유정에 시추되어 유정의 원유가 추출되는 경로를 구성하는 시추용 파이프(20)와, 해저면에 설치되어 유정에서 생산되는 원유(천연가스 포함)를 모으는 매니폴드(30)와, 상기 매니폴드(30)에서 해상플랫폼(10) 간에 연결되어 원유가 해상플랫폼(10)으로 이송되는 유로를 구성하는 파이프라인(40)을 포함한다.
이러한 종래의 기술에 의한 해양플랜트는 유정에 시추된 시추용 파이프(20)를 통해 원유가 추출되면 추출된 원유가 매니폴드(30)에 집유된 후 파이프라인(40)을 통해 해상플랫폼(10)으로 이송되게 된다.
여기서, 해상플랫폼(10)의 탑사이드(Topside)에는 생산된 원유에서 오일, 가스 및 물을 분리하는 분리기와 하이드레이트 생성방지를 위한 저해제 주입/저장 장치 등의 설비가 설치된다.
그러나, 상기 분리기와 저해제 주입/저장 장치는 생산되는 원유 및 생성되는 하이드레이트를 처리하기 위해 원유 생산량에 비례하여 규모가 커질 수 밖에 없다.
이로 인해, 종래의 기술에 의한 해양플랜트는 안정적인 원유 생산을 위해 해상플랫폼(10)의 탑사이드 설비의 규모가 커지는 단점이 있다.
또한, 종래의 기술에 의한 해양플랜트는 파이프라인(40)을 통해 오일, 가스 및 물이 혼합된 유체 즉, 기체와 액체가 혼합된 다상의 유체가 유동하므로 슬러깅(Slugging) 현상이 발생한다는 문제가 있다.
한편, 유정의 압력이 생산 가능한 압력보다 감소되는 경우에 유정에서 추출되는 원유에 압력을 보상하기 위해 즉, 시추용 파이프(20)의 수두압 극복을 위해서, 시추용 파이프(20)는 원유가 이송되는 내부관(22)과 상기 내부관(22)을 이중관 형태로 감싸도록 구비되는 외부관(24) 그리고, 외부관(24)에 수용된 유체가 내부관(22)으로 주입될 수 있는 주입밸브(26)로 구성된다.
이러한 구조의 시추용 파이프(20)는 외부관(24)에 압력보정용 가스가 충진될 수 있고, 외부관(24)에 충진된 압력보정용 가스가 주입밸브(26)를 통해 내부관(22)에 주입됨으로써, 생산되는 원유의 압력을 보상할 수 있게 된다.
여기서, 종래의 기술에 의한 해양플랜트는 시추용 파이프(20)에 압력보정용 가스를 주입하기 위해 탑사이드에 별도의 가스주입 설비가 설치되고, 탑사이드에서 시추용 파이프(20)까지 연결되는 별도의 가스관(50) 설치가 필요하다.
또한, 종래의 기술에 의한 해양플랜트는 시추용 파이프(20)에 구비되는 주입밸브(26)가 시추용 파이프(20)의 하단부 측에 1개소 구비되므로, 깊게 시추된 유정에서는 수두압 극복을 위해 매우 높은 압력으로 압력보정용 가스를 주입해야 한다는 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 해상플랫폼의 탑사이드 설비가 간소화되고, 운전비용이 감소되는 해양플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 해저 유정(油井)에 시추되어 원유가 추출되는 시추용 파이프; 해저에 배치되며, 상기 시추용 파이프의 출구에 연결된 파이프라인에 구비되어 상기 시추용 파이프에서 추출된 원유를 가열할 수 있는 가열장치; 및 해저에 배치되며, 상기 가열장치 후단의 파이프라인에 구비되고, 원유를 오일, 가스 및 물로 분리하는 상분리기;를 포함하는 해양플랜트를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 상분리기에 의해 분리된 오일이 해상플랫폼으로 이송되는 경로를 구성하는 오일 파이프라인; 및 상기 상분리기에 의해 분리된 가스가 해상플랫폼으로 이송되는 경로를 구성하는 가스 파이프라인;가 더 포함될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 상분리기에 의해 분리된 물이 주입정(Injection Well)으로 공급되는 경로를 구성하는 주입유로가 더 포함될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 주입유로에 구비되어 상기 주입정으로 공급되는 물을 가압하는 펌프장치가 더 포함될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 가열장치는 상기 시추용 파이프의 출구에 연결된 파이프라인의 일부 구간에 구비되는 열선을 포함할 수도 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 가열장치와 상기 상분리기 사이에 배치되는 파이프라인에 구비되며, 복수의 유정에서 생산되는 원유를 집유하는 매니폴드가 더 포함될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 시추용 파이프는 원유가 이송되는 내부관과, 상기 내부관을 감싸도록 구비되며 상기 내부관에 주입되는 압력보정용 가스가 유동하는 외부관을 포함하여 이중관 형태로 구성되고, 상기 외부관에 유동하는 압력보정용 가스를 상기 내부관으로 주입시키는 주입밸브를 더 포함하고, 상기 주입밸브는 상기 시추용 파이프의 높이방향으로 복수개가 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 상분리기에 의해 분리된 가스가 해상플랫폼으로 이송되는 경로를 구성하는 가스 파이프라인; 및 상기 가스 파이프라인에서 분기되어 상기 외부관으로 연결되는 압력보정유로;가 더 포함될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 압력보정유로 상에 구비되어 상기 압력보정유로로 유동하는 가스를 가압하는 압축기가 더 포함될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 상기 가스 파이프라인에 구비되는 가스유량조절밸브; 상기 압력보정유로에서 상기 압축기의 전단에 구비되는 압축유량조절밸브; 및 상기 압력보정유로에서 상기 압축기의 후단에 구비되는 주입유량조절밸브;가 더 포함될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 해저 가열장치를 통해 하이드레이트 생성을 방지할 수 있으므로, 하이드레이트 생성 방지를 위해 고가의 ROV(Remotely Operated Vehicle)를 운용할 필요가 없으며, MEG/MeOH와 같은 하이드레이트 저해제를 사용할 필요가 없으므로, 하이드레이트 생성 방지를 위해 소요되는 비용이 현저하게 감소된다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상분리기를 통해 해저에서 원유의 오일, 가스 및 물을 1차적으로 분리할 수 있으므로, 탑사이드의 분리기 설비가 간소화된다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 해저 상분리기를 통해 원유의 오일 및 가스를 분리하여 다상이 아닌 단상 유체가 서로 다른 파이프라인을 통해 해상플랫폼으로 이송되므로, 슬러깅 현상이 감소된다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상분리기에서 분리된 물을 주입정에 공급할 수 있으므로, 주입정에 압력보강유체를 주입하기 위한 별도의 설비를 필요로 하지 않는다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상분리기에서 분리된 가스를 압력보정용 가스로 사용할 수 있으므로, 압력보정용 가스를 시추용 파이프에 공급하기 위한 별도의 탑사이드 설비가 필요하지 않으므로, 탑사이드 설비가 간소화된다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 해양플랜트를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트를 나타내는 개략도.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트에 대해서 살펴본다. 여기서, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트를 나타내는 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트(100)는 해상플랫폼(110), 매니폴드(120), 시추용 파이프(130), 파이프라인(150), 상분리기(140), 가열장치(160), 오일 파이프라인(170), 가스 파이프라인(180), 주입유로(190) 및 압력보정유로(200)를 포함할 수 있다.
상기 해상플랫폼(110)은 해상에 부유하는 구조물로서, 후술할 오일 파이프라인(170) 및 가스 파이프라인(180)에 연결되어 해저 유정에서 생산되는 원유(천연가스 포함)를 수집하여 처리하는 설비에 해당한다.
이러한 해상플랫폼(110)에는 후술할 상분리기(140)에서 1차적으로 분리된 원유와 오일을 2차적으로 분리하는 분리기와, 가스 파이프라인(180)에서 블로다운(Blow Down)되는 가스를 연소시키는 연소설비 등이 구비될 수 있다.
상기 매니폴드(120)는 해저면에 배치되어, 복수의 유정에서 생산되는 원유가 집유되는 장치이다.
상기 시추용 파이프(130)는 유정에 시추되어 원유가 추출되는 경로를 구성한다. 이러한 시추용 파이프(130)는 유정에 연결되도록 해저면에 수직하게 시추되는 강관으로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 시추용 파이프(130)는 내부관(132), 외부관(134) 및 주입밸브(136)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 내부관(132)은 도 2에 도시된 바와 같이 원유가 이송되는 파이프이이다.
또한, 상기 외부관(134)은 내부관(132)을 이중관 형태로 감싸도록 구비되며, 외부관(134)과 내부관(132) 사이의 공간에는 내부관(132)에 주입되는 압력보정용 가스가 충진될 수 있도록 구성된다.
여기서, 압력보정용 가스는 유정의 압력이 원유 생산이 불가할 정도로 낮아진 경우에 추출되는 원유에 가스를 주입하여, 이송되는 원유의 압력을 보정하는데 사용되는 가스를 말한다.
또한, 상기 주입밸브(136)는 외부관(134)에 충진되는 압력보정용 가스를 내부관(132)으로 주입시킬 수 있도록 외부관(134)과 내부관(132) 사이에 구비되는 밸브이다.
일 실시예에서, 주입밸브(136)는 도 2에 도시된 바와 같이 시추용 파이프(130)의 높이방향으로 복수개가 구비될 수 있다.
이와 같이, 복수의 주입밸브(136)가 시추용 파이프(130)의 높이방향으로 간격을 가지고 구비된 구성은, 내부관(132)의 수두압 극복을 위해 최적의 높이에 있는 주입밸브(136)를 개방함으로써, 압력보정용 가스의 낮은 주입압력 조건하에서도 충분한 압력보정효과를 낼 수 있다는 장점이 있다.
또한, 경우에 따라 복수의 주입밸브(136)를 개방함으로써, 시추용 파이프(130)의 다양한 크기의 수두압에 용이하게 대응할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 복수의 주입밸브(136) 중에서 일부가 고장나서 작동이 안되는 경우에도 다른 주입밸브(136)를 작동시켜 대응할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 시추용 파이프(130)의 외부관(134)에는 압력보정용 가스를 공급할 수 있도록 후술할 압력보정유로(200)가 연결될 수 있다.
상기 파이프라인(150)은 시추용 파이프(130)의 상단과 상기 매니폴드(120) 사이에 연결되어, 시추용 파이프(130)를 통해 추출된 원유가 매니폴드(120)로 이송되는 유로를 구성할 수 있다.
이러한 파이프라인(150)에는 해상플랫폼(110)으로 이송되는 원유의 양을 조절할 수 있는 생산유량조절밸브(152)가 구비될 수 있다.
상기 상분리기(140)는 해저에 배치되며, 파이프라인(150)에 연결되고, 원유를 오일, 가스 및 물로 분리할 수 있다. 이러한 상분리기(140)는 각 상의 물질의 밀도차를 이용하는 웨어타입 분리기로 구성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 유체를 회전시켜 각 상별로 원심분리하는 파이프형 상분리기(140)로 구성될 수도 있다.
상기 가열장치(160)는 해저에 배치되며, 시추용 파이프(130)의 출구측 파이프라인(150)에 구비되어 시추용 파이프(130)에서 추출된 원유를 가열할 수 있다.
이러한 가열장치(160)는 파이프라인(150) 내부에 유동하는 원유를 가열함으로써, 파이프라인(150)에 유동하는 원유가 해수에 의해 냉각되어 파이프라인(150) 내부에 하이드레이트가 생성되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 가열장치(160)는 파이프라인(150)의 일부 구간에 구비되며 전기를 공급받아 가열될 수 있는 열선을 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 해저에서 파이프라인(150)의 내부 유체를 가열할 수 있는 어떠한 장치로 구성되어도 무방하다.
상기 오일 파이프라인(170)은 상분리기(140)와 해상플랫폼(110)을 연결하도록 구비되며, 상분리기(140)에 의해 분리된 오일이 해상플랫폼(110)으로 이송되는 경로를 구성한다.
상기 가스 파이프라인(180)은 상분리기(140)와 해상플랫폼(110)을 연결하도록 구비되며, 상분리기(140)에 의해 분리된 가스가 해상플랫폼(110)으로 이송되는 경로를 구성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트(100)는 해저에 배치된 상분리기(140)를 통해 해저에서 원유의 오일과 가스를 분리한 후, 오일 파이프라인(170)과 가스 파이프라인(180)을 통해 오일과 가스를 별개의 유로로 이송시키므로, 이송 유로에서 슬러깅(Slugging)이 발생하지 않는다는 장점이 있다.
여기서, 상기 가스 파이프라인(180)에는 해상플랫폼(110)으로 이송되는 가스의 양을 조절할 수 있도록 가스유량조절밸브(182)가 구비될 수 있다.
가스유량조절밸브(182)를 이용하여 해상플랫폼(110)으로 이송되는 가스의 양을 조절함으로써, 해상플랫폼(110)에 설치된 가스 연소설비의 과부하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 주입유로(190)는 상분리기(140)와 주입정(Injection Well)을 연결하도록 구비되며, 상분리기(140)에 의해 분리된 물이 주입정으로 공급되는 경로를 구성한다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트(100)는 주입정에 압력보강유체를 공급하기 위한 별도의 설비를 필요로 하지 않고, 상분리기(140)에서 분리된 물을 주입정에 공급하여 유정의 압력을 보강할 수 있다는 장점이 있다.
일 실시예에서, 주입유로(190)에는 주입정으로 공급되는 물을 높은 압력으로 가압할 수 있는 펌프장치(192)가 추가로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 압력보정유로(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 가스 파이프라인(180)에서 분기되어 시추용 파이프(130)의 외부관(134)으로 연결되어, 가스 파이프라인(180)에 유동하는 가스의 일부가 외부관(134)으로 공급되는 경로를 구성할 수 있다.
이를 통해, 가스 파이프라인(180)에 유동하는 가스의 일부가 압력보정용 가스로 사용될 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트(100)는 압력보정용 가스를 공급하기 위해 해상플랫폼(110)에 별도의 가스 주입 설비를 설치할 필요없이, 해저 상분리기(140)에 의해 분리된 가스의 일부를 압력보정용 가스로 사용할 수 있다는 장점이 있다.
일 실시예에서, 압력보정유로(200) 상에는 압력보정유로(200)로 유동하는 가스를 높은 압력으로 가압할 수 있는 압축기(210)가 추가로 구비될 수 있다.
또한, 압력보정유로(200)에서 상기 압축기(210)의 전단에는 압축기(210)로 공급되는 가스의 양을 조절할 수 있는 압축유량조절밸브(202)가 구비될 수 있고, 압축기(210)의 후단에는 시추용 파이프(130)의 외부관(134)으로 공급되는 가스의 양을 조절할 수 있는 주입유량조절밸브(212)가 구비될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트(100)는 해저 파이프라인(150)에 설치되는 가열장치(160)를 통해, 하이드레이트 생성을 방지할 수 있으므로, 하이드레이트 생성 방지를 위해 고가의 ROV(Remotely Operated Vehicle)를 운용할 필요가 없으며, MEG/MeOH와 같은 하이드레이트 저해제를 사용할 필요가 없으므로, 하이드레이트 생성 방지를 위해 소요되는 비용이 현저하게 감소한다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트(100)는 해저에 설치되는 상분리기(140)를 통해 해저에서 원유의 오일, 가스 및 물을 1차적으로 분리할 수 있으므로, 탑사이드의 분리기 설비가 간소화될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트(100)는 해저 상분리기(140)를 통해 원유의 오일 및 가스를 분리하여 다상이 아닌 단상 유체가 서로 다른 파이프라인을 통해 해상플랫폼(110)으로 이송되므로, 슬러깅 현상이 감소된다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트(100)는 상분리기(140)에서 분리된 물을 주입정에 공급할 수 있으므로, 주입정에 압력보강유체를 주입하기 위한 별도의 설비가 필요없다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양플랜트(100)는 상분리기(140)에서 분리된 가스를 압력보정용 가스로 사용할 수 있으므로, 압력보정용 가스를 시추용 파이프(130)에 공급하기 위한 별도의 탑사이드 설비가 필요하지 않으므로, 탑사이드 설비가 간소화된다는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
100: 해양플랜트 110: 해상플랫폼
120: 매니폴드 130: 시추용 파이프
132: 내부관 134: 외부관
136: 주입밸브 140: 상분리기
150: 파이프라인 152: 생산유량조절밸브
160: 가열장치 170: 오일 파이프라인
180: 가스 파이프라인 182: 가스유량조절밸브
190: 주입유로 192: 펌프장치
200: 압력보정유로 202: 압축유량조절밸브
210: 압축기 212: 주입유량조절밸브

Claims (10)

  1. 해저 유정(油井)에 시추되어 원유가 추출되는 시추용 파이프;
    해저에 배치되며, 상기 시추용 파이프의 출구에 연결된 파이프라인에 구비되어 상기 시추용 파이프에서 추출된 원유를 가열할 수 있는 가열장치; 및
    해저에 배치되며, 상기 가열장치 후단의 파이프라인에 구비되고, 원유를 오일, 가스 및 물로 분리하는 상분리기; 를 포함하며,
    상기 시추용 파이프는 원유가 이송되는 내부관과, 상기 내부관을 감싸도록 구비되며 상기 내부관에 주입되는 압력보정용 가스가 유동하는 외부관을 포함하여 이중관 형태로 구성되고, 상기 외부관에 유동하는 압력보정용 가스를 상기 내부관으로 주입시키는 주입밸브를 더 포함하며, 상기 주입밸브는 상기 시추용 파이프의 높이방향으로 복수개가 구비되는 해양플랜트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상분리기에 의해 분리된 오일이 해상플랫폼으로 이송되는 경로를 구성하는 오일 파이프라인; 및
    상기 상분리기에 의해 분리된 가스가 해상플랫폼으로 이송되는 경로를 구성하는 가스 파이프라인;
    을 더 포함하는 해양플랜트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상분리기에 의해 분리된 물이 주입정(Injection Well)으로 공급되는 경로를 구성하는 주입유로를 더 포함하는 해양플랜트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주입유로에 구비되어 상기 주입정으로 공급되는 물을 가압하는 펌프장치를 더 포함하는 해양플랜트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열장치는 상기 시추용 파이프의 출구에 연결된 파이프라인의 일부 구간에 구비되는 열선을 포함하는 해양플랜트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가열장치와 상기 상분리기 사이에 배치되는 파이프라인에 구비되며, 복수의 유정에서 생산되는 원유를 집유하는 매니폴드를 더 포함하는 해양플랜트.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상분리기에 의해 분리된 가스가 해상플랫폼으로 이송되는 경로를 구성하는 가스 파이프라인; 및
    상기 가스 파이프라인에서 분기되어 상기 외부관으로 연결되는 압력보정유로;
    를 더 포함하는 해양플랜트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압력보정유로 상에 구비되어 상기 압력보정유로로 유동하는 가스를 가압하는 압축기를 더 포함하는 해양플랜트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가스 파이프라인에 구비되는 가스유량조절밸브;
    상기 압력보정유로에서 상기 압축기의 전단에 구비되는 압축유량조절밸브; 및
    상기 압력보정유로에서 상기 압축기의 후단에 구비되는 주입유량조절밸브;
    를 더 포함하는 해양플랜트.
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